Створено недорогі, високоенергетичні "батареї з солі": як вони працюють

Массачусетський технологічний інститут (MIT) використовував так звану невпорядковану кам'яну сіль як катодний матеріал для літій-іонних батарей. Вона стала ключем до створення недорогих, високоенергетичних накопичувачів для різних пристроїв: від смартфонів до електромобілів і поновлюваних джерел енергії, пише interestingengineering.com.

Дослідники створили новий клас частково невпорядкованих катодів із кам'яної солі, інтегрованих із поліаніонами. Їх назвали невпорядкованою кам'яною сіллю-поліаніонною шпінеллю, або DRXPS.

Зазвичай у катодних матеріалах існує компроміс між щільністю енергії та стабільністю під час циклування, проте вчені спробували вийти за рамки, розробивши нові хімічні склади катода. Це сімейство матеріалів має високу щільність енергії та хорошу стабільність під час циклування, оскільки об'єднує два основних типи катодних матеріалів, кам'яну сіль (не плутати з кухонною сіллю — ред.) і поліаніонний олівін.

Важливо, що нове сімейство матеріалів в основному складається з марганцю. Цей поширений на Землі елемент значно дешевший за нікель і кобальт, які зазвичай використовуються в катодах сьогодні. Марганець щонайменше в 5 разів дешевший за нікель і приблизно в 30 разів дешевший за кобальт.

Нове дослідження вирішує одну з основних проблем, з якою стикаються невпорядковані катоди з кам'яної солі — рухливість кисню. Хоча ці матеріали давно відомі тим, що мають дуже високу ємність — до 350 міліампер-годин на грам — порівняно з традиційними катодними матеріалами, які зазвичай мають ємність від 190 до 200 міліампер-годин на грам, вони не дуже стабільні.

Висока ємність частково забезпечується окислювально-відновним потенціалом кисню, який активується, коли катод заряджається до високої напруги. Але коли це відбувається, кисень стає рухомим, що призводить до реакцій з електролітом і деградації матеріалу, в кінцевому підсумку роблячи його фактично марним після тривалого циклу. Щоб подолати ці проблеми, вчені додали ще один елемент — фосфор, що діє як клей, який утримує кисень на місці для пом'якшення деградації. Через фосфор утворилися так звані поліаніони з сусідніми атомами кисню. Це дало змогу зупинити транспортування кисню й отримати хорошу стабільність.

Якість енергії підвищилася. Що вищою є напруга на осередок, то менше потрібно під'єднувати їх послідовно в акумуляторі, і тим простішою стає система управління батареєю.

Раніше ми писали про те, які смартфони бренду Samsung найдовше тримають заряд батареї. Samsung Galaxy S23 Ultra, Galaxy A15 LTE, Galaxy M51, Galaxy S23+, Galaxy A72 увійшли до п'ятірки найкращих телефонів із продуктивними акумуляторами.